基于理性接头工程的自组装赖氨酸脱羧酶增强生物催化性能

《Bioresource Technology》：Self-Assembly enhance lysine decarboxylase biocatalysis performance based on rational linker engineering

本工作通过理性设计蛋白酶靶向（PT）接头，将两亲性18A肽与赖氨酸脱羧酶（CadA）进行C端融合，成功构建了自组装生物催化剂。CadA-PT-18A变体在保持91.7%天然活性的同时，热稳定性（60?°C下的t1/2）提升4.1倍，并展现出更宽的pH适应性（5.0–9.0）、更高的底物耐受性（1.1?M）和优异的可重复使用性（20次循环后活性保留37%），为克服酶催化中的稳定性-活性权衡难题提供了新范式。

　　

Highlight

理性接头工程赋能自组装赖氨酸脱羧酶增强生物催化性能

两亲性18A肽（EWLKAFYEKVLEKLKELF）被选为自组装模块，其基于疏水（W, L, A, F, V, L）和亲水（E, K, Y）残基的交替排列，能够形成稳定的富含β-折叠的纳米结构（图1B）。这种设计促进了在水性环境中通过疏水相互作用和氢键的自发聚集，使其成为增强酶稳定性的理想候选者。

结论

本研究证明，理性接头工程能够实现与两亲性18A肽融合的赖氨酸脱羧酶（CadA）的高效自组装，有效平衡催化活性和稳定性。蛋白酶靶向（PT）接头被证明是最佳选择，它在促进有序聚集的同时，最大限度地减少了空间位阻。由此产生的CadA-PT-18A变体表现出显著增强的热稳定性、更宽的pH适应性、更高的底物耐受性和优异的可重复使用性。结构分析表明，PT接头通过18A肽的α-螺旋堆叠促进了有序聚集，在保持活性位点可及性的同时最小化了空间冲突。这项工作确立了接头工程化自组装作为一种可推广的范式，用于设计具有工业可行性的生物催化剂，特别是针对生物转化过程中受底物抑制的酶系统。